作为钾离子电池(PIBs)负极的碳质材料，特别是具有石墨层结构的碳质材料，是PIBs产业化的基础。然而，具有石墨层结构的碳质材料通常循环寿命和稳定性较差，更不用说用于独立性和柔性的PIBs。在这里，通过在还原氧化石墨烯表面引入碳点(CDs@rGO)，合成了一个独立且柔性的3D混合结构，作为高性能PIBs负极。CDs@rGO纸由于其独特的结构，具有高效的电子和离子转移通道，从而增强了反应动力学。另外，CDs可以提供大量的缺陷和含氧官能团，从而改善电化学性能。这种独立且具柔性的负极在100 mA g^-1时表现出310 mAh g^-1的高容量，超长循环寿命(在200 mA g^-1时循环840次后，容量为244 mAh g^-1)，以及优秀的倍率性能(从100到500 mA g^-1的六个连续电流，在500 mA g^-1时具有185 mAh g^-1的高容量)，超过许多现有的碳质PIB负极。该结果可能为高性能独立柔性PIBs提供起点，并促进下一代柔性电池的快速发展。
  
Figure 1. a)制备的柔性、独立的CDs@rGO薄膜纸。b-e) CDs@rGO薄膜纸SEM图。CDs@rGO薄膜纸的f) TEM图和g) HRTEM图。h) CDs在rGO上的大小分布直方图。i) CDs @rGO堆叠模型示意图。j) CDs@rGO薄膜纸的XRD图。k) CDs@rGO薄膜纸的Raman图。l) CDs@rGO薄膜纸的XPS图。
 
 
Figure 2. a)扫描速率为1mv s⁻¹时CV曲线。b) 100 mA g⁻¹时的充放电曲线。c)初始2个周期对应的dQ/dV概况。d)经100 mA g⁻¹激活后，在100~500 mA g⁻¹不同电流密度下的倍率性能。e) 在100~500 mA g⁻¹对应的充放电曲线。f) 在200 mAh g⁻¹下的长循环性能。g)比较CDs@rGO薄膜纸和其他报道的PIBs碳质电极在不同电流下的比容量。
 
 
Figure 3. a) CDs@rGO半电池在0.1~0.4 mV s⁻¹的CV曲线。b)正极电流峰b值的测定。c) CDs@rGO电极电荷存储容量(红色)和扩散容量(灰色)。d)不同扫描速率下电容(红色)和扩散控制(灰色)容量的贡献率。e) K/CDs@rGO电池的EIS测试。f) K/rGO电池的EIS测试。
 
 
Figure 4. a-c) CDs@rGO薄膜负极初始三个循环放电/充电过程的XRD结果等值线图。原始CDs@rGO薄膜极和8个循环后半电池负极的XPS谱：d)全谱；e) C1s；f) O1s；g) F1s。h)在充满电的CDs@rGO电极上C、K、F和P元素分布。e)含O相关基团的K离子的结合能。j) K离子和C-OH基团结合能计算的模型结构。
 
     相关研究成果于2020年由湖南大学Bingan Lu课题组，发表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.202000470)上。原文：Carbon Dots@rGO Paper as Freestanding and Flexible Potassium-Ion Batteries Anode。

摘自《石墨烯杂志》公众号：